LU501960B1 - Methode zur Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers basierend auf der Eingangsimpedanzspektrum - Google Patents

Abstract

Eine Methode zur Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers basierend auf der Eingangsimpedanzspektrum, umfassend einen Schritt zum Errichten des Typs, einen Schritt zum Eingeben der Impedanz, einen Schritt zum Identifizieren des Fehlers und einen Schritt zum Orten des Fehlers, wobei der Schritt zum Errichten des Typs, der Schritt zum Eingeben der Impedanz, der Schritt zum Identifizieren des Fehlers und der Schritt zum Orten des Fehlers nacheinander durchgeführt sind, und wobei in dem Schritt zum Errichten des Typs ein Verteilungsparametermodell der fehlerhaften Kabel erstellt wird, und wobei der Schritt zum Identifizieren des Fehlers einen Schritt zum Identifizieren eines Fehlers mit offenem Stromkreis, einen Schritt zum Identifizieren eines Kurzschlussfehlers und einen Schritt zum Identifizieren einem hochohmigen Fehlers umfasst. Die vorliegende Erfindung verfügt über die folgenden Vorteile :sie wird weniger von elektromagnetischen Störungen vor Ort beeinflusst und hat eine hohe Identifizierungsempfindlichkeit, kann die Fehler mit offenem Stromkreis und die Fehlerpunkte mit der Impedanz innerhalb des Bereichs 0Q~ 38Z0Q besser identifizieren, und ihre Fehlerortungsfehler liegt innerhalb von 0,4%. Die Verwendung des Kaiser-Fensters zur Verarbeitung des Kabelfehlerortungsspektrums kann die Identifizierungsempfindlichkeit für die Fehlerpunkte verbessern, so dass die Fehlerstellen anhand des intuitiven Fehlerortungsspektrums bestimmt werden können.

Description

BL-5494 1 LU501960 Methode zur Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers basierend auf der Eingangsimpedanzspektrum

TECHNISCHES GEBIET Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet des Kabelfehlers, insbesondere eine Methode zur Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers basierend auf der Eingangsimpedanzspektrum.

STAND DER TECHNIK Mit der rasanten Entwicklung der Urbanisierung werden die Stromkabel aus vernetztem Polyethylen aufgrund ihrer guten elektrischen und mechanischen Leistung weit verbreitet in Stromversorgungssystemen verwendet. Durch die starke Zunahme der in Betrieb genommenen Stromkabel ist die Ausfallrate weiter angestiegen, wobei hochohmige Fehler einen großen Anteil ausmachen. Die meisten Stromkabel sind jedoch unterirdisch verlegt und es ist schwierig, die Fehlerpunkte direkt zu finden, was die Fehlersuche beim Auftreten der Kabelfehler sehr erschwert. Das Erkennungsverfahren für die Stromkabelfehler ist jedoch hauptsächlich das Wanderwellenverfahren, und die häufig vorkommenden Verfahren umfassen das Impulsstromtestverfahren und das Zeitdomänenreflexionsverfahren. Obwohl das ICE- Verfahren hochohmige Kabelfehler erkennen kann, soll eine hohe Spannung angelegt werden, um den Fehlerpunkt durchzuschlagen, und seine Testgenauigkeit ist extrem anfällig für externe elektromagnetische Störungen. Das TDR-Verfahren ist ein zerstörungsfreies Erkennungsverfahren und wird aufgrund seiner tragbaren Prüfgeräte weit verbreitet in der Kabelfehlererkennung verwendet. Das TDR- Verfahren verwendet die Zeitdifferenz zwischen dem einfallenden Impulssignal und dem reflektierten Impulssignal, um Kabelfehler zu orten. Aufgrund der weniger hochfrequenten Signalanteile des eingespeisten Impulssignals, der Dämpfungs- und Dispersionseffekte bei der Signalausbreitung und dem Einfluss elektromagnetischer Störungen vor Ort ist die Testgenauigkeit des TDR-Verfahrens relativ niedrig. Gegenwärtig ist das Frequenzdomanen-Reflexionsverfahren allmählich entstanden, das das Wobbelfrequenzsignal verwendet, und die einfallende Welle weist mehr hochfrequente Komponenten auf, was das Verfahren hinsichtlich der Ortung vorteilhafter als das traditionelle TDR-Verfahren macht. Obwohl einige Wissenschaftler das FDR-Verfahren verwendet, um Untersuchungen zur

BL-5494 2 LU501960 Kabelfehlerdiagnose durchzuführen, und die Typenidentifizierung und Ortung für einen Teil der Fehler realisiert haben, haben sie noch keine Forschung zur Identifizierung verschiedener Fehlertypen durchgeführt und keine Grundlage für die Identifizierung spezifischer Fehlertypen geschaffen, und die Fehlerortungswirkung soll weiter verbessert werden. Im tatsächlichen Feldtest kann zwar der Fehlertyp durch den Kabelisolationswiderstandstest identifiziert werden, der genaue Ort des Fehlers kann jedoch nicht bestimmt werden. Die Testgenauigkeit und -wirkung des ICE-Verfahrens und des TDR-Verfahrens können die Analyseanforderungen des Feldes für hochohmige Fehler nicht erfüllen.

INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, hinsichtlich der oben geschilderten Probleme eine Methode zur Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers basierend auf der Eingangsimpedanzspektrum zu entwickeln. Der spezifische Entwurfsplan lautet: Eine Methode zur Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers basierend auf der Eingangsimpedanzspektrum, umfassend einen Schritt zum Errichten des Typs, einen Schritt zum Eingeben der Impedanz, einen Schritt zum Identifizieren des Fehlers und einen Schritt zum Orten des Fehlers, wobei der Schritt zum Errichten des Typs, der Schritt zum Eingeben der Impedanz, der Schritt zum Identifizieren des Fehlers und der Schritt zum Orten des Fehlers nacheinander durchgeführt sind, und wobei in dem Schritt zum Errichten des Typs ein Verteilungsparametermodell der fehlerhaften Kabel erstellt wird, und wobei der Schritt zum Identifizieren des Fehlers einen Schritt zum Identifizieren eines Fehlers mit offenem Stromkreis, einen Schritt zum Identifizieren eines Kurzschlussfehlers und einen Schritt zum Identifizieren einem hochohmigen Fehlers umfasst. Gemäß der Ubertragungsleitungstheorie unter Hochfrequenzstromversorgung kann das Stromkabel als Äquivalent für ein Verteilungsparametermodell genommen sein, um die Übertragungseigenschaften der Energie/des Signals im Stromkabel zu erläutern, wobei das Kabel, das den Fehlerpunkt enthält, als Äquivalent für das folgende Modell genommen wird, wie in Figur 1 dargestellt, und wobei im Schritt zum Errichten des Typs der Widerstand Ro und die Induktivität Lo pro Langeneinheit des Kabels Jeweils wie folgt sein können:

BL-5494 3 LU501960 | Jue, | | = — JFG fp. — dp) R, J an (1) L Mn ZL red Jr) (2) 20 5 No 1 50 und wobei in den Formeln die Winkelfrequenz @ =2f ist, fe und * jeweils der Kabelkernradius und der Innenradius der Abschirmschicht sind, p, und p, Jeweils der spezifische Widerstand des Kabelkerns und der Abschirmschicht sind, u o die Vakuumpermeabilität und w die Winkelfrequenz ist; und wobei die Kapazität Co und der Leitwert Go pro Längeneinheit des Kabels jeweils wie folgt sind: 27e "Inte dn) (3) ao Conde fr) 4) und wobei in den Formeln € die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums und © die Leitfähigkeit des Dielektrikums ist; und wobei, wenn die Kabellänge | ist, können die Spannung V(x) und der Strom I(x) an irgendeiner Position x wie folgt ausgedrückt werden: it x} = Le æ Flé=xy I Pat 3 } ( 6 ) MSN 2 | und wobei V,, und V,, die einfallende/reflektierte Spannungswelle auf der Lastseite Zi des Kabels sind; und wobei die charakteristische Impedanz Z, des Kabels wie folgt ist:

BL-5494 4 LU501960 +, IR + je, Zo) ES (7) Ÿ Gr, + Jet, A und wobei bei hohen Frequenzen woL>>R und oC >> G bestehen, und wobei die Formel (7) wie folgt angenähert werden kann: Z{wy= I (8)

VG und wobei die Ausbreitungskonstante y ist: Ho JRA TOLNG, 700) (©) und wobei in der Formel a die Dampfungskonstante und B die Phasenkonstante ist; und wobei B wie folgt ausgedrückt werden kann: , & 2xf yo fs ei (10) ¥ Y : und wobei in der Formel v die Wellengeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle im Kabel und f die Frequenz ist. Im Schritt zum Eingeben der Impedanz für ein Kabel mit einer Lange | ist die Eingangsimpedanz an der Stelle mit einem Abstand x zu dem Kabelkopfende wie folgt: +, Fay 4 +70 a LX} = —— = ZB) ih ay Tere D wobei in der Formel T' L der Reflexionskoeffizient des ablaufenden Endes des Kabels ist; und wobei I' | =1 ist, wenn das ablaufende Ende des Kabels offen ist (Zı= %);

BL-5494 LU501960 Zz —É . Pym fen (12)

EIR und wobei das Vorhandensein des Fehlerpunkts zur Änderung der Signalübertragungseigenschaften an der Stelle führt, und wobei übliche Kabelfehlertypen in Fehler mit offenem Stromkreis, Kurzschlussfehler, hochohmige 5 Fehler, niederohmige Fehler unterteilt werden können, und wobei der Kabelfehlerpunkt als Äquivalent für einen Widerstand R: genommen werden kann, und wobei die Eingangsimpedanz des Kabelkopfendes (x = 0) und des Fehlerpunktes (x=1,) wie folgt sind: DA De Z{0) = Bm) ; Ö m ; Lop re (13) fd TET (14) und wobei der entsprechende Reflexionskoeffizient wie folgt ausgedrückt werden kann: ZU NRZ, Lu 7 (15) (ZUR) + Z, Z, —L r.= L ft HZ, +7, (16) und wobei in der Formel Zi am ablaufenden Ende des Kabels © ist, und wobei R: der Ersatzwiderstand an der Stelle des Fehlerpunkts ist; und wobei das Eingangsimpedanzspektrum die Zustandsinformationen an verschiedenen Positionen des Kabels charakterisieren kann, und wobei der Resonanzpunkt im Spektrum die Ubertragungseigenschaften des Kabels sehr empfindlich wiederspiegeln kann, und wobei bei einem Kabelausfall sich die Ubertragungseigenschaften des Kabels ändern und das Eingangsimpedanzspektrum am Kabelkopfende sich auch ändert, so dass das Eingangsimpedanzspektrum des

BL-5494 6 LU501960 fehlerhaften Kabels mit dem des normalen Kabels verglichen werden kann, um eine Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers anhand der charakteristischen Differenz des Eingangsimpedanzspektrums zu realisieren.

Zur Realisierung der Erkennung eines Kabelfehlers mit offenem Stromkreis wird ein Modell für den Kabelfehler mit offenem Stromkreis erstellt, wobei das Eingangsimpedanzspektrum am Kabelkopfende zur Analyse verwendet wird, und wobei im Schritt zum Identifizieren eines Fehlers mit offenem Stromkreis Figur 2 ein Eingangsimpedanzamplitude-Spektrogramm und -Phasenspektrogramm eines simulierten 100 m langen Kabels zeigt, bei dem ein Fehler mit offenem Stromkreis (nämlich Kabelbruch) bei einer Stelle von 40m besteht, und wobei die Testfrequenz 150 kHz-50 MHz beträgt, und wobei sich der Fehlerpunkt und das ablaufende Ende des Kabels im Zustand eines offenen Stromkreises befinden, und wobei die Simulationsergebnisse zeigen, dass im Vergleich zum normalen Kabel das Vorhandensein eines Fehlers mit offenem Stromkreis bezüglich des Eingangsimpedanzamplitude-Spektrogramms dazu führt, dass die Eingangsimpedanzamplitude sich erhöht, der Resonanzpunkt abweicht und die Resonanzperiode sich verlängert; und wobei bezüglich des Eingangsimpedanz- Phasenspektrogramms ein Fehler mit offenem Stromkreis zur Verlängerung der Resonanzperiode führt, allerdings den anfänglichen Phasenwert nicht ändert, der immer noch -90° beträgt.

Zur Realisierung der Erkennung eines Kabelkurzschlussfehlers wird ein Modell für den Kabelkurzschlussfehler erstellt, wobei das Eingangsimpedanzspektrum am Kabelkopfende zur Analyse verwendet wird, und wobei im Schritt zum Identifizieren eines Kurzschlussfehlers Figur 3 ein Eingangsimpedanzamplitude-Spektrogramm und -Phasenspektrogramm eines simulierten 100 m langen Kabels zeigt, bei dem ein Kurzschlussfehler bei einer Stelle von 40m besteht, und wobei die Testfrequenz 150 kHz-50 MHz beträgt, und wobei sich der Fehlerpunkt im Kurzschlusszustand und das ablaufende Ende des Kabels im Zustand eines offenen Stromkreises befindet, und wobei die Simulationsergebnisse zeigen, dass im Vergleich zum normalen Kabel das Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers bezüglich des Eingangsimpedanzamplitude- Spektrogrammes dazu führt, dass die Eingangsimpedanzamplitude sich erhöht, der Resonanzpunkt abweicht und die Resonanzperiode sich verlängert; und wobei bezüglich des Eingangsimpedanz-Phasenspektrogramms ein Kurzschlussfehler zur Verlängerung der Resonanzperiode führt, und wobei, anders als beim Fehler mit offenem Stromkreis, das Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers dazu führt, dass sich der anfängliche Phasenwert um 180° ändert, nämlich er +90° beträgt.

BL-5494 7 LU501960 Zur Realisierung der Erkennung eines hochohmigen Fehlers des Kabels wird ein Modell für den hochohmigen Fehler des Kabels erstellt, wobei das Eingangsimpedanzspektrum am Kabelkopfende zur Analyse verwendet wird, und wobei im Schritt zum Identifizieren einem hochohmigen Fehlers Figur 4 ein Eingangsimpedanzamplitude-Spektrogramm und -Phasenspektrogramm eines simulierten 100 m langen Kabels zeigt, bei dem ein hochohmiger Fehler mit verschiedenen Graden bei einer Stelle von 40m besteht, und wobei die Testfrequenz 150kHz-50 MHz beträgt, und wobei sich der Fehlerpunkt im hochohmigen Zustand (Rf=11Z0, 22Z0) und das ablaufende Ende des Kabels im Zustand eines offenen Stromkreises befindet, und wobei die Simulationsergebnisse zeigen, dass Im Vergleich zum normalen Kabel das Vorhandensein eines hochohmigen Fehlers zu einer Dämpfung und Oszillation der Eingangsimpedanzamplitude und -phase führt, während die Resonanzregel sich nicht ändert, und wobei mit der Vertiefung des hochohmigen Fehlers sich die Dämpfung und Oszillation der Eingangsimpedanzamplitude und -phase allmählich abschwächen, und wobei der anfängliche Phasenwert abnimmt, aber er immer noch ein negativer Wert (0° - -90°) ist.

Im Schritt zum Orten des Fehlers wird die Formel (13) mit der Eulerschen Formel erweitert und danach wie folgt vereinfacht:

wobei in Kombination mit den Formeln (10) und (17) das Realteil der Eingangsimpedanz erhalten wird: real Z{0)) = cost mr 1) (18) real(Z(0)) wird als Funktion der Zeitvariable genommen, wobei ihre Frequenz f genau 2l/v ist.

Bei hohen Frequenzen ist v nahe einer Konstante und f’ ein Festwert.

Eine diskrete Fourier-Transformation wird fur real(Z(0)) durchgeführt, wobei nach der Spektralanalyse der Ort des Kabelfehlerpunktes und des ablaufenden Endes des Kabels bestimmt werden können, indem der Spitzenpunkt im entsprechenden Spektrogramm gefunden wird, um eine Ortung des Kabelfehlers zu realisieren.

BL-5494 8 LU501960 Das Eingangsimpedanzspektrum des simulierten normalen Kabels/Kabels mit einem hochohmigen Fehler gemäß Figur 4 wird verarbeitet, um ein Ortungsspektrogramm eines 100 m langen Kabels zu erhalten, bei dem ein hochohmiger Fehler bei einer Stelle von 40 m besteht, wie In Figur 6 dargestellt, wobei es aus den Verarbeitungsergebnissen ersichtlich ist, dass durch die Verarbeitung des Eingangsimpedanzspektrums zwar das ablaufende Ende des Kabels bestimmt werden kann, aber die Ortungs- und Identifizierungswirkung für den hochohmigen Fehler nicht ideal ist, und wobei, wenn sich der hochohmige Fehler des Kabels verschlimmert, eine Ortung des hochohmigen Fehlers schwer zu realisieren ist, und wobei eine Kaiser-Fensterfunktion mit einstellbarer Nebenkeulendämpfung zum Verarbeiten des Ortungsspektrogramms gemäß Figur 6 ausgewählt wird, um die Identifizierungsempfindlichkeit für die Kabelfehler in Kombination mit den tatsächlichen Test- und Analyseanforderungen vor Ort zu verbessern, und wobei das Kaiser-Fenster aus Bessel-Funktionen nullter Ordnung besteht, die ein Satz einstellbarer Fensterfunktionen sind, und wobei das Verhältnis zwischen der Breite der Hauptkeule und der Höhe der Nebenkeule des Fensters frei ausgewählt werden kann, und wobei der Zeitdomänenausdruck des Kaiser-Fensters wie folgt ist: Gi x WR cs — AR} £ (19) und wobei in der Formel 7,(£) die erste Variante der Bessel-Funktion nullter Ordnung, B der Formparameter der Fensterfunktion und N die Länge der Fensterfunktion Ist; und wobei die Zeit-Frequenz-Kennlinie von Kaiser-Fenstern mit unterschiedlichen ß -Werten bei gleicher Fensterlänge (N=64) simuliert wird, wie In Figur 7 dargestellt, wobei bei gleicher Fensterlänge gilt: je größer der B -Wert, desto breiter ist die Hauptkeule, desto niedriger ist der Pegel der Nebenkeule, desto schneller ist die Nebenkeulendampfung, während die Frequenzauflösung entsprechend abnimmt.

Wenn der B -Wert höher ist, ist die Nebenkeule niedriger und die Dämpfung schneller, wobei das Spektrumleck zu diesem Zeitpunkt besser kontrolliert wird.

Deshalb können die Kabelfehler an verschiedenen Stellen durch eine Einstellung des B -Werts geortet werden, um die Identifizierungsempfindlichkeit für die Kabelfehler zu verbessern.

BL-5494 9 LU501960 Im tatsächlichen Feldtest beträgt der Standard-ß -Wert basierend auf den Testerfahrungen 6, wobei der ß -Wert in Kombination mit der Feldtestsituation entsprechend eingestellt werden kann. Wenn sich der Fehler an der Vorderseite des Kabels befindet oder der Fehler ein nicht hochohmiger Fehler ist, wird ein kleinerer B -Wert verwendet, um die Auflösung des Fehlers zu erhöhen; wenn sich der Fehler an der Rückseite des Kabels befindet oder der Fehler ein hochohmiger Fehler ist, ist ein größerer B -Wert erforderlich, um die Auflösung des Fehlers zu erhöhen. Die durch die obige technische Lösung der vorliegenden Erfindung erhaltene Methode zur Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers basierend auf der Eingangsimpedanzspektrum weist die folgenden vorteilhaften Effekte auf: sie wird weniger von elektromagnetischen Störungen vor Ort beeinflusst und hat eine hohe Identifizierungsempfindlichkeit, kann die Fehler mit offenem Stromkreis und die Fehlerpunkte mit der Impedanz innerhalb des Bereichs 0Q -38Z,© besser identifizieren, und ihre Fehlerortungsfehler liegt innerhalb von 0,4%. Die Verwendung des Kaiser-Fensters zur Verarbeitung des Kabelfehlerortungsspektrums kann die Identifizierungsempfindlichkeit für die Fehlerpunkte verbessern, so dass die Fehlerstellen anhand des intuitiven Fehlerortungsspektrums bestimmt werden können.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG Figur 1 zeigt ein äquivalentes Modelldiagramm des Verteilungsparameters des fehlerhaften Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung. Figur 2 zeigt ein Eingangsimpedanzamplitude-Spektrogramm und - Phasenspektrogramm eines simulierten 100 m langen Kabels, bei dem ein Fehler mit offenem Stromkreis (nämlich Kabelbruch) bei einer Stelle von 40m besteht. Figur 3 zeigt ein Eingangsimpedanzamplitude-Spektrogramm und - Phasenspektrogramm eines simulierten 100 m langen Kabels, bei dem ein Kurzschlussfehler bei einer Stelle von 40m besteht. Figur 4 zeigt ein Eingangsimpedanzamplitude-Spektrogramm und - Phasenspektrogramm eines simulierten 100 m langen Kabels, bei dem ein hochohmiger Fehler mit verschiedenen Graden bei einer Stelle von 40 m besteht. Figur 5 zeigt ein Simulationsergebnis des Eingangsimpedanzspektrums eines normalen Kabels/Kabels mit einem niederohmigen Fehler gemäß der vorliegenden Erfindung.

BL-5494 10 LU501960 Figur 6 zeigt ein Ortungsspektrogramm eines normalen Kabels/Kabels mit einem hochohmigen Fehler gemäß der vorliegenden Erfindung. Figur 7 zeigt eine Zeit-Frequenz-Domänen-Wellenformen bei unterschiedlichen Werten des Kaiser-Fensters der vorliegenden Erfindung.

Figur 8 zeigt den Ortungseffekt eines normalen Kabels/Kabels mit einem hochohmigen Fehler gemäß der vorliegenden Erfindung nach der Fensterung. Figur 9 zeigt die Identifizierungsempfindlichkeit verschiedener Fehler gemäß der vorliegenden Erfindung. Figur 10 zeigt ein schematisches Diagramm des Aufbaus einer Testplattform zur Simulation von Kabelfehlern gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 11 zeigt ein tatsächliches Messergebnis des Eingangsimpedanzspektrums eines normalen Kabels/Kabels mit einem Fehler mit offenem Stromkreis gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 12 zeigt ein tatsächliches Messergebnis des Eingangsimpedanzspektrums eines normalen Kabels/Kabels mit einem Kurzschlussfehler gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 13 zeigt ein tatsächliches Messergebnis des Eingangsimpedanzspektrums eines normalen Kabels/Kabels mit einem hochohmigen Fehler gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 14 zeigt ein tatsächliches Messergebnis des Eingangsimpedanzspektrums eines normalen Kabels/Kabels mit einem niederohmigen Fehler gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 15 zeigt ein Ortungsspektrogramm eines normalen Kabels/Kabels mit einem hochohmigen Fehler gemäß der vorliegenden Erfindung vor und nach der Fensterung.

Figur 16 zeigt ein tatsächliches Messergebnis des Eingangsimpedanzspektrums eines normalen Kabels von 500 m/Kabels mit einem Fehler von 1000 m gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 17 zeigt ein Ortungsspektrogramm eines Kabels mit einem Fehler von 1000m gemäß der vorliegenden Erfindung vor und nach der Fensterung.

Figur 18 zeigt das TDR-Testergebnis eines Kabels mit einem Fehler von 1000m gemäß der vorliegenden Erfindung.

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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG Im Zusammenhang mit Figuren wird die vorliegende Erfindung im Folgenden näher erläutert.

Eine Methode zur Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers basierend auf der Eingangsimpedanzspektrum, umfassend einen Schritt zum Errichten des Typs, einen Schritt zum Eingeben der Impedanz, einen Schritt zum Identifizieren des Fehlers und einen Schritt zum Orten des Fehlers, wobei der Schritt zum Errichten des Typs, der Schritt zum Eingeben der Impedanz, der Schritt zum Identifizieren des Fehlers und der Schritt zum Orten des Fehlers nacheinander durchgeführt sind, und wobei in dem Schritt zum Errichten des Typs ein Verteilungsparametermodell der fehlerhaften Kabel erstellt wird, und wobei der Schritt zum Identifizieren des Fehlers einen Schritt zum Identifizieren eines Fehlers mit offenem Stromkreis, einen Schritt zum Identifizieren eines Kurzschlussfehlers und einen Schritt zum Identifizieren einem hochohmigen Fehlers umfasst.

Gemäß der Ubertragungsleitungstheorie unter Hochfrequenzstromversorgung kann das Stromkabel als Äquivalent für ein Verteilungsparametermodell genommen sein, um die Ubertragungseigenschaften der Energie/des Signals im Stromkabel zu erläutern, wobei das Kabel, das den Fehlerpunkt enthält, als Äquivalent für das folgende Modell genommen wird, wie in Figur 1 dargestellt, und wobei im Schritt zum Errichten des Typs der Widerstand Ro und die Induktivität Lo pro Langeneinheit des Kabels jeweils wie folgt sein kônnen: Reo Jem Lm 1) ante LPL EL (2) 2r on AN ee n° RU und wobei in den Formeln die Winkelfrequenz @ =27f ist, r, und r, jeweils der Kabelkernradius und der Innenradius der Abschirmschicht sind, p, und p, jeweils der spezifische Widerstand des Kabelkerns und der Abschirmschicht sind, u © die Vakuumpermeabilität und w die Winkelfrequenz ist; und wobei die Kapazität Co und der Leitwert Go pro Längeneinheit des Kabels jeweils wie folgt sind:

BL-5494 12 LU501960 - 2 re ; = 3 © ing KR} 3) G 2x5 4 dy TTT : Conn in) (4) und wobei in den Formeln € die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums und © die Leitfähigkeit des Dielektrikums ist; und wobei, wenn die Kabellänge | ist, können die Spannung V(x) und der Strom I(x) an irgendeiner Position x wie folgt ausgedrückt werden: Fix) u F, it d-x} + F, gt i-x} { 5) oN mm fF pris 0 y EN FA Hs eV (6) und wobei”, und V,, die einfallende/reflektierte Spannungswelle auf der Lastseite Zi des Kabels sind; und wobei die charakteristische Impedanz Z, des Kabels wie folgt ist: +; FR + je, a und wobei bei hohen Frequenzen woL>>R und oC >> G bestehen, und wobei die Formel (7) wie folgt angenähert werden kann: Zn ET | = (8 und wobei die Ausbreitungskonstante y ist: Pie) = JR + Joly XG, + fool) (9)

und wobei in der Formel x die Dämpfungskonstante und B die Phasenkonstante ist; und wobei B wie folgt ausgedrückt werden kann:

BL-5494 13 LU501960 w 21xf _ + * und wobei in der Formel v die Wellengeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle im Kabel und f die Frequenz ist.

Im Schritt zum Eingeben der Impedanz für ein Kabel mit einer Länge | ist die Eingangsimpedanz an der Stelle mit einem Abstand x zu dem Kabelkopfende wie folgt: = Fix) _ 1+, yy LAN —— m ze) 11 UE, F(x) Ÿ 3 _ De” {x} 4 { }

wobei in der Formel T | der Reflexionskoeffizient des ablaufenden Endes des Kabels ist; und wobei I | =1 ist, wenn das ablaufende Ende des Kabels offen ist (Z,= ©); 1 LT & LL y= Ses (12) £, + Ey a und wobei das Vorhandensein des Fehlerpunkts zur Änderung der Signalübertragungseigenschaften an der Stelle führt.

Ubliche Kabelfehlertypen können in Fehler mit offenem Stromkreis, Kurzschlussfehler, hochohmige Fehler, niederohmige Fehler unterteilt werden, wobei der Kabelfehlerpunkt als Äquivalent für einen Widerstand Rr genommen werden kann, und wobei die Eingangsimpedanz des Kabelkopfendes (x = 0) und des Fehlerpunktes (x=1,) wie folgt sind: PET en LN) = Et) WS (13) LS ST (14) ZU Le ne = i— i au 82

BL-5494 14 LU501960 und wobei der entsprechende Reflexionskoeffizient wie folgt ausgedrückt werden kann: (ZU NRZ GR 2 05 r=22 = (16) £ + Lu und wobei in der Formel Ziam ablaufenden Ende des Kabels © ist, und wobei Re der Ersatzwiderstand an der Stelle des Fehlerpunkts ist; und wobei das Eingangsimpedanzspektrum die Zustandsinformationen an verschiedenen Positionen des Kabels charakterisieren kann, und wobei der Resonanzpunkt im Spektrum die Ubertragungseigenschaften des Kabels sehr empfindlich wiederspiegeln kann, und wobei bei einem Kabelausfall sich die Ubertragungseigenschaften des Kabels ändern und das Eingangsimpedanzspektrum am Kabelkopfende sich auch ändert, so dass das Eingangsimpedanzspektrum des fehlerhaften Kabels mit dem des normalen Kabels verglichen werden kann, um eine Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers anhand der charakteristischen Differenz des Eingangsimpedanzspektrums zu realisieren.

Zur Realisierung der Erkennung eines Kabelfehlers mit offenem Stromkreis wird ein Modell für den Kabelfehler mit offenem Stromkreis erstellt, wobei das Eingangsimpedanzspektrum am Kabelkopfende zur Analyse verwendet wird, und wobei im Schritt zum Identifizieren eines Fehlers mit offenem Stromkreis Figur 2 ein Eingangsimpedanzamplitude-Spektrogramm und -Phasenspektrogramm eines simulierten 100 m langen Kabels zeigt, bei dem ein Fehler mit offenem Stromkreis (nämlich Kabelbruch) bei einer Stelle von 40m besteht, und wobei die Testfrequenz 150 kHz-50 MHz beträgt, und wobei sich der Fehlerpunkt und das ablaufende Ende des Kabels im Zustand eines offenen Stromkreises befinden, und wobei die Simulationsergebnisse zeigen, dass im Vergleich zum normalen Kabel das Vorhandensein eines Fehlers mit offenem Stromkreis bezüglich des Eingangsimpedanzamplitude-Spektrogrammes dazu führt, dass die Eingangsimpedanzamplitude sich erhöht, der Resonanzpunkt abweicht und die Resonanzperiode sich verlängert; und wobei bezüglich des Eingangsimpedanz- Phasenspektrogramms ein Fehler mit offenem Stromkreis zur Verlängerung der

BL-5494 15 LU501960 Resonanzperiode führt, allerdings den anfänglichen Phasenwert nicht ändert, der immer noch -90° beträgt.

Zur Realisierung der Erkennung eines Kabelkurzschlussfehlers wird ein Modell für den Kabelkurzschlussfehler erstellt, wobei das Eingangsimpedanzspektrum am Kabelkopfende zur Analyse verwendet wird, und wobei im Schritt zum Identifizieren eines Kurzschlussfehlers Figur 3 ein Eingangsimpedanzamplitude-Spektrogramm und -Phasenspektrogramm eines simulierten 100 m langen Kabels zeigt, bei dem ein Kurzschlussfehler bei einer Stelle von 40m besteht, und wobei die Testfrequenz 150 kHz-50 MHz beträgt, und wobei sich der Fehlerpunkt im Kurzschlusszustand und das ablaufende Ende des Kabels im Zustand eines offenen Stromkreises befindet, und wobei die Simulationsergebnisse zeigen, dass im Vergleich zum normalen Kabel das Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers bezüglich des Eingangsimpedanzamplitude- Spektrogrammes dazu führt, dass die Eingangsimpedanzamplitude sich erhöht, der Resonanzpunkt abweicht und die Resonanzperiode sich verlängert; und wobei bezüglich des Eingangsimpedanz-Phasenspektrogramms ein Kurzschlussfehler zur Verlängerung der Resonanzperiode führt, und wobei, anders als beim Fehler mit offenem Stromkreis, das Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers dazu führt, dass sich der anfängliche Phasenwert um 180° ändert, nämlich er +90° beträgt.

Zur Realisierung der Erkennung eines hochohmigen Fehlers des Kabels wird ein Modell für den hochohmigen Fehler des Kabels erstellt, wobei das Eingangsimpedanzspektrum am Kabelkopfende zur Analyse verwendet wird, und wobei im Schritt zum Identifizieren einem hochohmigen Fehlers Figur 4 ein Eingangsimpedanzamplitude-Spektrogramm und -Phasenspektrogramm eines simulierten 100 m langen Kabels zeigt, bei dem ein hochohmiger Fehler mit verschiedenen Graden bei einer Stelle von 40m besteht, und wobei die Testfrequenz 150kHz-50 MHz beträgt, und wobei sich der Fehlerpunkt im hochohmigen Zustand (Rf=11Z0, 22Z0) und das ablaufende Ende des Kabels im Zustand eines offenen Stromkreises befindet, und wobei die Simulationsergebnisse zeigen, dass Im Vergleich zum normalen Kabel das Vorhandensein eines hochohmigen Fehlers zu einer Dämpfung und Oszillation der Eingangsimpedanzamplitude und -phase führt, während die Resonanzregel sich nicht ändert, und wobei mit der Vertiefung des hochohmigen Fehlers sich die Dämpfung und Oszillation der Eingangsimpedanzamplitude und -phase allmählich abschwächen, und wobei der anfängliche Phasenwert abnimmt, aber er immer noch ein negativer Wert (0° - -90°) ist.

BL-5494 16 LU501960 Im Schritt zum Orten des Fehlers wird die Formel (13) mit der Eulerschen Formel erweitert und danach wie folgt vereinfacht: ¢ 2 * MO ae (47) wobei in Kombination mit den Formeln (10) und (17) das Realteil der Eingangsimpedanz erhalten wird: real{ Z{0}) = cost a H (18) real(Z(0)) wird als Funktion der Zeitvariable genommen, wobei ihre Frequenz f genau 2l/v ist.

Bei hohen Frequenzen ist v nahe einer Konstante und f’ ein Festwert.

Eine diskrete Fourier-Transformation wird für real(Z(0)) durchgeführt, wobei nach der Spektralanalyse der Ort des Kabelfehlerpunktes und des ablaufenden Endes des Kabels bestimmt werden kônnen, indem der Spitzenpunkt im entsprechenden Spektrogramm gefunden wird, um eine Ortung des Kabelfehlers zu realisieren.

Das Eingangsimpedanzspektrum des simulierten normalen Kabels/Kabels mit einem hochohmigen Fehler gemäß Figur 4 wird verarbeitet, um ein Ortungsspektrogramm eines 100 m langen Kabels zu erhalten, bei dem ein hochohmiger Fehler bei einer Stelle von 40 m besteht, wie in Figur 6 dargestellt, wobei es aus den Verarbeitungsergebnissen ersichtlich ist, dass durch die Verarbeitung des Eingangsimpedanzspektrums zwar das ablaufende Ende des Kabels bestimmt werden kann, aber die Ortungs- und Identifizierungswirkung für den hochohmigen Fehler nicht ideal ist, und wobel, wenn sich der hochohmige Fehler des Kabels verschlimmert, eine Ortung des hochohmigen Fehlers schwer zu realisieren ist, und wobei eine Kaiser-Fensterfunktion mit einstellbarer Nebenkeulendämpfung zum Verarbeiten des Ortungsspektrogramms gemäß Figur 6 ausgewählt wird, um die Identifizierungsempfindlichkeit für die Kabelfehler in Kombination mit den tatsächlichen Test- und Analyseanforderungen vor Ort zu verbessern, und wobei das Kaiser-Fenster aus Bessel-Funktionen nullter Ordnung besteht, die ein Satz einstellbarer Fensterfunktionen sind, und wobei das Verhältnis zwischen der Breite der Hauptkeule und der Höhe der Nebenkeule des Fensters frei ausgewählt werden kann, und wobei der Zeitdomänenausdruck des Kaiser-Fensters wie folgt ist:

BL-5494 17 LU501960

FN u) | © 1,15) = (19) und wobei in der Formel 7,(f) die erste Variante der Bessel-Funktion nullter Ordnung, B der Formparameter der Fensterfunktion und N die Lange der Fensterfunktion ist; und wobei die Zeit-Frequenz-Kennlinie von Kaiser-Fenstern mit unterschiedlichen B -Werten bei gleicher Fensterlänge (N=64) simuliert wird, wie In Figur 7 dargestellt, wobei bei gleicher Fensterlange gilt: je größer der B -Wert, desto breiter ist die Hauptkeule, desto niedriger ist der Pegel der Nebenkeule, desto schneller ist die Nebenkeulendampfung, während die Frequenzauflôsung entsprechend abnimmt.

Wenn der B -Wert höher ist, ist die Nebenkeule niedriger und die Dämpfung schneller, wobei das Spektrumleck zu diesem Zeitpunkt besser kontrolliert wird. Deshalb können die Kabelfehler an verschiedenen Stellen durch eine Einstellung des B -Werts geortet werden, um die Identifizierungsempfindlichkeit für die Kabelfehler zu verbessern.

Im tatsächlichen Feldtest beträgt der Standard-B -Wert basierend auf den Testerfahrungen 6, wobei der ß -Wert in Kombination mit der Feldtestsituation entsprechend eingestellt werden kann. Wenn sich der Fehler an der Vorderseite des Kabels befindet oder der Fehler ein nicht hochohmiger Fehler ist, wird ein kleinerer B -Wert verwendet, um die Auflösung des Fehlers zu erhöhen; wenn sich der Fehler an der Rückseite des Kabels befindet oder der Fehler ein hochohmiger Fehler ist, ist ein größerer B -Wert erforderlich, um die Auflösung des Fehlers zu erhöhen.

Die durch die obige technische Lösung der vorliegenden Erfindung erhaltene Methode zur Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers basierend auf der Eingangsimpedanzspektrum weist die folgenden vorteilhaften Effekte auf: sie wird weniger von elektromagnetischen Störungen vor Ort beeinflusst und hat eine hohe Identifizierungsempfindlichkeit, kann die Fehler mit offenem Stromkreis und die Fehlerpunkte mit der Impedanz innerhalb des Bereichs 08) ~ 387,82 besser identifizieren, und ihre Fehlerortungsfehler liegt innerhalb von 0,4%. Die Verwendung des Kaiser-Fensters zur Verarbeitung des Kabelfehlerortungsspektrums kann die Identifizierungsempfindlichkeit für die Fehlerpunkte verbessern, so dass die

BL-5494 18 LU501960 Fehlerstellen anhand des intuitiven Fehlerortungsspektrums bestimmt werden können.

Ausführung 1 Vergleich der Wirkung des Kabelfehlerortungsspektrogramm vor und nach der Fensterung Die vorliegende Erfindung wählt das Kaiser-Fenster aus, um eine Fensterverarbeitung am Realteil der Eingangsimpedanz durchzuführen, und das Verarbeitungsverfahren ist In der Formel (20) dargestellt: Z = real(Z(0))» Kaiser(N.

A) (20) Das Kaiser-Fenster wird verwendet, um das Fehlerortungsspektrogramm in Figur 6 zu fenstern, und das Verarbeitungsergebnis ist in Figur 8 dargestellt.

Das Ortungsspektrogramm des Kabels mit einem hochohmigen Fehler wird gefenstert und das Verarbeitungsergebnis ist in Figur 8 dargestellt.

Aus Figur 8 ist es ersichtlich, dass nach der Fensterung die Identifizierungsempfindlichkeit des Kabelfehlerpunkts stark verbessert wird und der Fehlerort anhand des extrem intuitiven Kabelfehlerortungsspektrogramms bestimmt werden kann.

Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die in der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Methode auch auf die Ortung von Fehlern mit offenem Stromkreise, Kurzschlussfehlern und niederohmigen Fehlern anwendbar ist.

Ausführungsbeispiel 2 Analyse der Kabelfehlerortungsabweichung und der Identifizierungsempfindlichkeit Unter Verwendung der obigen Ortungsmethoden werden die Eingangsimpedanzspektren der oben genannten vier Fehlertypen verarbeitet, und die erhaltenen Ergebnisse der Fehlerortung sind in der folgenden Tabelle dargestellt: offer Ber mit ei 7° 40 40.08 0.20% Kurzschlussfehler © 40 35 36 à 104% Hochchmiger 225 40 40.16 5.40% Miederphmiger 5532 40 3993 0.123%

Aus der Tabelle ist es ersichtlich, dass die in der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Methode für die Ortung von Fehlern mit offenem Stromkreise, Kurzschlussfehlern, hochohmigen Fehlern und niederohmigen Fehlern geeignet ist

BL-5494 19 LU501960 und eine hohe Ortungsgenauigkeit aufweist, dabei liegt die Ortungsabweichung innerhalb von 0,40%.

Um die Identifizierungsempfindlichkeit der bereitgestellten Methode der vorliegenden Erfindung für unterschiedliche Fehlertypen weiter zu untersuchen, wird ein Simulationsmodell eines 100 m langen Kabels erstellt. Durch die Simulation wird das Eingangsimpedanzspektrum des Kabelkopfende bei verschiedenen Fehlern (Typ, Stelle und Schwere) erhalten und mit einem normalen Kabel verglichen und analysiert, um eine Typenidentifizierung und Ortung des Fehlerpunkts zu realisieren, auf die Weise wird die Identifizierungsempfindlichkeit der bereitgestellten Methode der vorliegenden Erfindung für unterschiedliche Kabelfehler bestimmt. Unter den gleichen Testbedingungen wird die Simulation durchgeführt, und die Simulationsergebnisse sind in Figur 9 dargestellt.

Aus Figur 9 ist es ersichtlich, dass am Beispiel eines 100 m langen Kabels die von der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Methode eine höhere Identifizierungsempfindlichkeit für die Fehler mit offenem Stromkreise, Kurzschlussfehler, hochohmigen Fehler und niederohmigen Fehler aufweist und die Fehler mit offenem Stromkreis ((Rf = Q) und die Fehlerpunkte mit einer Impedanz im Bereich von 0 Q -38Z0 Q besser identifizieren kann. Aufgrund der Schirmwirkung kann die in der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Methode jedoch nur die Fehlerpunkte an einer Position, die 30 m bis 90 m entfernt vom Kabelkopfende liegt, identifizieren. Wenn Rf größer ist, wird außerdem die Identifizierung der Fehlerpunkte schwieriger. Im eigentlichen Feldtest kann die Obergrenze der Testfrequenz erhöht werden, um den Einfluss der Schirmwirkung auf die Testwirkung und die Identifizierungsfähigkeit für hochohmige Fehler zu verbessern.

Ausführungsbeispiel 3 Aufbau einer Testplattform Um den Typidentifizierungseffekt und die Ortungsgenauigkeit der von der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Methode für die Kabelfehler zu überprüfen, wird ein Breitbandimpedanzspektrometer verwendet, um das Kabel zu testen, und der Aufbau der Testplattform ist wie in Figur 10 dargestellt.

Da die Signalübertragungseigenschaften von koaxialen Kabeln denen von Stromkabeln ähnlich sind, wählt die vorliegende Erfindung ein 40 m langes SYV50-5- 1-Koaxialkabel (ZO = 50 Q, Isolationswiderstand 1,82 MQ) als Testobjekt aus und führt bei 20 m die Simulation von vier Fehlertypen (Fehlern mit offenem Stromkreis, Kurzschlussfehlern, hochohmigen Fehler, niederohmigen Fehlern) durch. Die Testfrequenz ist auf 150 kHz-120 MHz eingestellt und die Anzahl der Testpunkte beträgt 1000. Bei einem Fehler mit offenem Stromkreis wird bei 20 m direkt eine

BL-5494 20 LU501960 Abschaltung durchgeführt; ein Kurzschlussfehler wird durch ein Kurzschluss- Kalibrierelement simuliert; ein hochohmiger Fehler wird durch Widerstände mit Widerstandswerten von 1kQ und 2kQ simuliert; ein niederohmiger Fehler wird durch einen Widerstand mit einem Widerstandwert von 22Q simuliert.

Ausführungsbeispiel 4 Messergebnis des Koaxialkabels mit einem Fehler mit offenem

Stromkreis Auf der Grundlage der im Ausführungsbeispiel 3 aufgebauten Testplattform wird ein Breitbandimpedanzspektrometer verwendet, um ein normale Kabel und ein Kabel mit einem Fehler mit offenem Stromkreis (unter den gleichen Testbedingungen) zu testen und die Eingangsimpedanzspektren zu erhalten, wie in Figur 11 dargestellt.

Aus den tatsächlichen Messergebnissen ist es ersichtlich, dass im Vergleich zum Koaxialkabel unter normalen Bedingungen das Vorhandensein eines Fehlers mit offenen Stromkreis dazu führt, dass sich der Wert und die Periode des Eingangsimpedanzamplitude-Spektrogramms und -Phasenspektrogramms sich ändern, jedoch der anfängliche Phasenwert sich nicht ändert, dabei stimmen die experimentellen Ergebnisse mit der Simulationsänderungsregel überein.

Aufgrund dessen kann, wenn der anfängliche Phasenwert des getesteten Kabels unbekannt ist, der anfängliche Phasenwert eines Kabels von gleichem Typ als Referenz verwendet werden, um die Typenidentifizierung des Kabelfehlers zu realisieren.

Um den anfänglichen Phasenwert des Kabels genau zu bestimmen, soll es sichergestellt werden, dass die Testbedingungen beim tatsächlichen Test gleich sind und die untere Grenze der Testfrequenz ausreichend niedrig sein kann.

Ausführungsbeispiel 5 Messergebnis des Koaxialkabels mit einem Kurzschlussfehler Auf der Grundlage der im Ausführungsbeispiel 3 aufgebauten Testplattform wird ein Breitbandimpedanzspektrometer verwendet, um ein normale Kabel und ein Kabel mit einem Kurzschlussfehler (unter den gleichen Testbedingungen) zu testen und die Eingangsimpedanzspektren zu erhalten, wie in Figur 12 dargestellt.

Aus den tatsächlichen Messergebnissen ist es ersichtlich, dass im Vergleich zum normalen Kabel das Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers dazu führt, dass sich der Wert und die Resonanzperiode des Eingangsimpedanzamplitude-Spektrogramms und - Phasenspektrogramms sich ändern, und der Unterschied zu einem Fehler mit offenem Stromkreis besteht darin, dass der anfängliche Phasenwert auf einen positiven Wert ändert.

Aufgrund dessen kann dieses Merkmal als Identifizierungskriterium für einen Kurzschlussfehler verwendet werden, um es von einem Strom mit offenem Stromkreis zu unterscheiden.

BL-5494 21 LU501960 Ausführungsbeispiel 6 Messergebnis des Koaxialkabels mit einem hochohmigen Fehler Auf der Grundlage der im Ausführungsbeispiel 3 aufgebauten Testplattform wird ein Breitbandimpedanzspektrometer verwendet, um ein normale Kabel und ein Kabel mit zwei Typen von hochohmigen Fehlern (1kQ, 2kQ ) (unter den gleichen Testbedingungen) zu testen und die Eingangsimpedanzspektren zu erhalten, wie in Figur 13 dargestellt, aus den tatsächlichen Messergebnissen ist es ersichtlich, dass im Vergleich zum normalen Kabel das Vorhandensein eines hochohmigen Fehlers zur Dämpfung und Oszillation des Werts des Eingangsimpedanzamplitude- Spektrogramms und -Phasenspektrogramms des Kabels führt, aber der anfängliche Phasenwert ist immer noch negativ (0° - -90°). Darüber hinaus kann es beim Vergleich der Testergebnisse der beiden hochohmigen Fehler festgestellt werden, dass sich der anfängliche Phasenwert im Eingangsimpedanz-Phasenspektrum des fehlerhaften Kabels mit zunehmendem Widerstandswert am Fehlerpunkt allmählich dem Zustand des Fehlers mit offenem Stromkreis annähert.

Ausführungsbeispiel 7 Messergebnis des Koaxialkabels mit einem niederohmigen Fehler Auf der Grundlage der im Ausführungsbeispiel 3 aufgebauten Testplattform wird ein Breitbandimpedanzspektrometer verwendet, um ein normale Kabel und ein Kabel mit einem niederohmigen Fehler (unter den gleichen Testbedingungen) zu testen und die Eingangsimpedanzspektren zu erhalten, wie in Figur 14 dargestellt.

Aus den tatsächlichen Messergebnissen ist es ersichtlich, dass im Vergleich zum normalen Kabel das Vorhandensein eines niederohmigen Fehlers dazu führt, dass sich der Wert und die Periode des Eingangsimpedanzamplitude-Spektrogramms und -Phasenspektrogramms des Kabels sich ändern, und der Unterschied zu einem hochohmigen Fehler besteht darin, dass der anfängliche Phasenwert auf einen positiven Wert (0° - +90°) ändert.

Aufgrund dessen kann dieses Merkmal dazu verwendet werden, es von einem hochohmigen Fehler zu unterscheiden.

Ausführungsbeispiel 8 Analyse des Ortungsergebnisses eines Koaxialkabels mit einem hochohmigen Fehler Auf der Grundlage der im Ausführungsbeispiel 3 aufgebauten Testplattformwerden die Eingangsimpedanzspektren gemäß Figur 13 Jeweils verarbeitet, um die Ortungs- und Identifizierungswirkung der von der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Methode für den hochohmigen Fehler des Kabels zu testen, und die Verarbeitungsergebnisse der Ortung des hochohmigen Fehlers sind in Figur 15 dargestellt.

BL-5494 22 LU501960 Aus Figur 15 ist es ersichtlich, dass mit zunehmendem Widerstandswert am Fehlerpunkt (d.h. der Grad des hochohmigen Fehlers sich erhöht) die normierte Amplitude am Ort des Fehlerpunktes allmählich abnimmt und durch die Fensterung des Ortungsspektrogramms die Identifizierungsempfindlichkeit für den Kabelfehlerpunkts erheblich verbessert werden kann. Außerdem kann es festgestellt werden, dass es schwierig Ist, den hochohmigen Fehler dort zu orten, wenn der Widerstandswert des Fehlerpunkts 2 kQ beträgt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Verhältnis des Fehlerpunktwiderstands Rf zur charakteristischen Impedanz des Kabels Z0 Rf/Z0=40. Es liegt nicht im Bereich der Identifizierungsempfindlichkeit der von der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Methode, so dass der Fehler nicht geortet werden kann. Ausführungsbeispiel 9 Simulation und Test des Stromkabelfehlers Um die Typenidentifizierungs- und Ortungswirkung der Methode der vorliegenden Erfindung für den Stromkabelfehler zu testen, wird im Labor auf einer 500 m langen 10kV-Kabelplattform ein Fehler mit offenem Stromkreis simuliert. Das Kabelmodell ist YJLV22 8.7/15-3x25 (bei 250 m am Zwischenanschluss). Simulation des Fehlers mit offenen Stromkreis des Kabels: die Phasen b und c des Kabels werden von Ende zu Ende in Reihe geschaltet, und der Fehler mit offenen Stromkreis wird an einer Stelle mit einer Entfernung von 500 m zu dem Kabelkopfende simuliert, und die Gesamtlänge des Kabels beträgt 1000 m. Da die Kupferschirmschicht am Kabelende komplett defekt ist, besteht bei 500m ein Fehler der Kupferschirmschicht mit offenem Stromkreis. Ausführungsbeispiel 10 Messergebnis der Simulation des Stromkabelfehlers Basierend auf dem Ausführungsbeispiel 9 wird ein Breitbandimpedanzspektrometer verwendet, um das 1000 m lange Kabel zu testen. Die Testfrequenz beträgt 150 kHz-10 MHz, die Anzahl der Testpunkte beträgt

20.000 und das Testergebnis ist in Figur 16 dargestellt. Da der anfängliche Phasenwert des Kabels unbekannt ist, wird das Eingangsimpedanzspektrum eines 500 m langen normalen Kabels (Phase c) als Vergleichsreferenz (unter den gleichen Testbedingungen) erhalten. Die tatsächlichen Messergebnissen gemäß Figur 16 werden mit dem Eingangsimpedanzamplituden- und Phasenspektrum eines 500 m langen normalen Kabels verglichen, da das fehlerhafte Kabel von 1000 m einen Fehler der Kupferschirmschicht mit offenem Stromkreis bei einer Stelle von 500 m aufweist, führt das Vorhandensein des Fehlers zur Dämpfung und Oszillation der Amplitude im Eingangsimpedanzamplitude-Spektrogramm und -Phasenspektrogramm, und der

BL-5494 23 LU501960 anfängliche Phasenwert ändert sich auf -10,516°. Zu diesem Zeitpunkt liegt der relative Erdisolationswiderstand des zu testenden Kabels im Bereich des normativen Wertes.

Daher kann es beurteilt werden, dass der Fehler ein Fehler mit offenem Stromkreis ist.

Ausführungsbeispiel 11 Analyse der Ortungsergebnisse des Stromkabelfehlers Basierend auf dem Ausführungsbeispiel 9 wird das Eingangsimpedanzspektrum eines 1000 m langen fehlerhaften Kabels gemäß Figur 16 verarbeitet, um die Ortungs- und Identifizierungswirkung der von der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Methode für die Stromkabelfehler zu testen, und die Verarbeitungsergebnisse der Ortung des Fehlers sind in Figur 17 dargestellt.

Im Vergleich zum Ergebnis des Tests des fehlerhaften Kabels mit der traditionellen TDR-Methode ist es intuitiv zu erkennen, dass die FDR-Methode bei der Kabelfehlerortung mehr Vorteile als die TDR-Methode aufweist und weniger durch externe elektromagnetische Störungen beeinflusst wird.

Gleichzeitig weist die von der vorliegende Erfindung bereitgestellte Methode eine hohe Ortungsgenauigkeit auf und die Ortungsabweichung beträgt weniger als 0,006%. Darüber hinaus kann durch die Fensterung des Kabelfehlerortungsspektrogramms die Identifizierungsempfindlichkeit für die Kabelfehlerpunkte erheblich verbessert werden.

Die obigen technischen Lösungen stellen nur bevorzugte technische Lösungen der vorliegenden Erfindung.

Die Änderungen, die durch den Fachmann auf diesem technischen Gebiet durchgeführt werden und das Prinzip der vorliegenden Erfindung widerspiegeln, sollen als von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung gedeckt angesehen werden.

Claims (8)

BL-5494 24 LU501960 Patentansprüche

1. Methode zur Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers basierend auf der Eingangsimpedanzspektrum, umfassend einen Schritt zum Errichten des Typs, einen Schritt zum Eingeben der Impedanz, einen Schritt zum Identifizieren des Fehlers und einen Schritt zum Orten des Fehlers, wobei der Schritt zum Errichten des Typs, der Schritt zum Eingeben der Impedanz, der Schritt zum Identifizieren des Fehlers und der Schritt zum Orten des Fehlers nacheinander durchgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt zum Errichten des Typs ein Verteilungsparametermodell der fehlerhaften Kabel erstellt wird, wobei der Schritt zum Identifizieren des Fehlers einen Schritt zum Identifizieren eines Fehlers mit offenem Stromkreis, einen Schritt zum Identifizieren eines Kurzschlussfehlers und einen Schritt zum Identifizieren einem hochohmigen Fehlers umfasst.

2. Methode zur Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers basierend auf der Eingangsimpedanzspektrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß der Übertragungsleitungstheorie unter Hochfrequenzstromversorgung das Stromkabel als Äquivalent für ein Verteilungsparametermodell genommen sein kann, um die Übertragungseigenschaften der Energie/des Signals im Stromkabel zu erläutern, wobei das Kabel, das den Fehlerpunkt enthält, als Äquivalent für das folgende Modell genommen wird, wie in Figur 1 dargestellt, und wobei im Schritt zum Errichten des Typs der Widerstand Ro und die Induktivität Lo pro Langeneinheit des Kabels Jeweils wie folgt sein können: RC a D (1) own LPL Ly (2) und wobei in den Formeln die Winkelfrequenz @ =27f ist, le und "s jeweils der Kabelkernradius und der Innenradius der Abschirmschicht sind, ” und Ps jeweils der spezifische Widerstand des Kabelkerns und der Abschirmschicht sind, u o die Vakuumpermeabilität und w die Winkelfrequenz ist; und wobei die Kapazität Co und der Leitwert Go pro Längeneinheit des Kabels jeweils wie folgt sind:

BL-5494 25 LU501960 2e Clg 7 orme 3 © ing KR} 3) 6 2x0 4 dy TTT : Conn in) (4) und wobei in den Formeln € die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums und © die Leitfahigkeit des Dielektrikums ist; und wobei, wenn die Kabellänge | ist, können die Spannung V(x) und der Strom I(x) an irgendeiner Position x wie folgt ausgedrückt werden: Playset al emi (5) (x) = (2e = 0700) 6) X Z, {= ve { 3 und wobei V,, und V,, die einfallende/reflektierte Spannungswelle auf der Lastseite Z. des Kabels sind; und wobei die charakteristische Impedanz Z, des Kabels wie folgt ist: +, IR + je, Zul) JE (7) Ÿ Gy + J oC Co und wobei bei hohen Frequenzen bestehen ol >> R undaC >> G, und wobei die Formel (7) wie folgt angenähert werden kann: Zul) Va (8) und wobei die Ausbreitungskonstante y ist:

Hen = JR, +JOL XG, + jer) (9) und wobei in der Formel x die Dämpfungskonstante und B die Phasenkonstante ist;

BL-5494 26 LU501960 und wobei B wie folgt ausgedrückt werden kann: om f= w xf (10) ¥v ¥ und wobei in der Formel v die Wellengeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle im Kabel und f die Frequenz ist.

3. Methode zur Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers basierend auf der Eingangsimpedanzspektrum nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt zum Eingeben der Impedanz für ein Kabel mit einer Länge | die Eingangsimpedanz an der Stelle mit einem Abstand x zu dem Kabelkopfende wie folgt ist: as Lex 1+ De 4x 2x} = 70 = CIF mo) (11) wobei in der Formel T | der Reflexionskoeffizient des ablaufenden Endes des Kabels ist; Ly +2, a. und wobei I' | =1 ist, wenn das ablaufende Ende des Kabels offen ist (Zı= %); und wobei das Vorhandensein des Fehlerpunkts zur Änderung der Signalübertragungseigenschaften an der Stelle führt, und wobei übliche Kabelfehlertypen in Fehler mit offenem Stromkreis, Kurzschlussfehler, hochohmige Fehler, niederohmige Fehler unterteilt werden können, und wobei der Kabelfehlerpunkt als Äquivalent für einen Widerstand R: genommen werden kann, und wobei die Eingangsimpedanz des Kabelkopfendes (x = 0) und des Fehlerpunktes (x=1,) wie folgt sind: >; dD em Z{0) “PTT (13) © pe (14)

BL-5494 27 LU501960 und wobei der entsprechende Reflexionskoeffizient wie folgt ausgedrückt werden kann: (ZU NRZ GR 2 05 r=22 2 (16) L + Ze und wobei in der Formel Zi am ablaufenden Ende des Kabels © ist, und wobei Rı der Ersatzwiderstand an der Stelle des Fehlerpunkts ist; und wobei das Eingangsimpedanzspektrum die Zustandsinformationen an verschiedenen Positionen des Kabels charakterisieren kann, und wobei der Resonanzpunkt im Spektrum die Übertragungseigenschaften des Kabels sehr empfindlich wiederspiegeln kann, und wobei bei einem Kabelausfall sich die Ubertragungseigenschaften des Kabels ändern und das Eingangsimpedanzspektrum am Kabelkopfende sich auch ändert, so dass das Eingangsimpedanzspektrum des fehlerhaften Kabels mit dem des normalen Kabels verglichen werden kann, um eine Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers anhand der charakteristischen Differenz des Eingangsimpedanzspektrums zu realisieren.

4. Methode zur Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers basierend auf der Eingangsimpedanzspektrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Realisierung der Erkennung eines Kabelfehlers mit offenem Stromkreis ein Modell für den Kabelfehler mit offenem Stromkreis erstellt wird, wobei das Eingangsimpedanzspektrum am Kabelkopfende zur Analyse verwendet wird, und wobei im Schritt zum Identifizieren eines Fehlers mit offenem Stromkreis Figur 2 ein Eingangsimpedanz-Amplitudenspektrogramm und -Phasenspektrogramm eines simulierten 100 m langen Kabels zeigt, bei dem ein Fehler mit offenem Stromkreis (nämlich Kabelbruch) bei einer Stelle von 40m besteht, und wobei die Testfrequenz 150 kHz-50 MHz beträgt, und wobei sich der Fehlerpunkt und das ablaufende Ende des Kabels im Zustand eines offenen Stromkreises befinden, und wobei die Simulationsergebnisse zeigen, dass im Vergleich zum normalen Kabel das Vorhandensein eines Fehlers mit offenem Stromkreis bezüglich des Eingangsimpedanz-Amplitudenspektrogramms dazu führt, dass die Eingangsimpedanzamplitude sich erhöht, der Resonanzpunkt abweicht und die Resonanzperiode sich verlängert; und wobei bezüglich des Eingangsimpedanz- Phasenspektrogramms ein Fehler mit offenem Stromkreis zur Verlängerung der

BL-5494 28 LU501960 Resonanzperiode führt, allerdings den anfänglichen Phasenwert nicht ändert, der immer noch -90° beträgt.

5. Methode zur Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers basierend auf der Eingangsimpedanzspektrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Realisierung der Erkennung eines Kabelkurzschlussfehlers ein Modell für den Kabelkurzschlussfehler erstellt wird, wobei das Eingangsimpedanzspektrum am Kabelkopfende zur Analyse verwendet wird, und wobei im Schritt zum Identifizieren eines Kurzschlussfehlers Figur 3 ein Eingangsimpedanzamplitude-Spektrogramm und -Phasenspektrogramm eines simulierten 100 m langen Kabels zeigt, bei dem ein Kurzschlussfehler bei einer Stelle von 40m besteht, und wobei die Testfrequenz 150 kHz-50 MHz beträgt, und wobei sich der Fehlerpunkt im Kurzschlusszustand und das ablaufende Ende des Kabels im Zustand eines offenen Stromkreises befindet, und wobei die Simulationsergebnisse zeigen, dass im Vergleich zum normalen Kabel das Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers bezüglich des Eingangsimpedanzamplitude- Spektrogramms dazu führt, dass die Eingangsimpedanzamplitude sich erhöht, der Resonanzpunkt abweicht und die Resonanzperiode sich verlängert; und wobei bezüglich des Eingangsimpedanz-Phasenspektrogramms ein Kurzschlussfehler zur Verlängerung der Resonanzperiode führt, und wobei, anders als beim Fehler mit offenem Stromkreis, das Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers dazu führt, dass sich der anfängliche Phasenwert um 180° ändert, nämlich er +90° beträgt.

6. Methode zur Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers basierend auf der Eingangsimpedanzspektrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Realisierung der Erkennung eines hochohmigen Fehlers des Kabels ein Modell für den hochohmigen Fehler des Kabels erstellt wird, wobei das Eingangsimpedanzspektrum am Kabelkopfende zur Analyse verwendet wird, und wobei im Schritt zum Identifizieren einem hochohmigen Fehlers Figur 4 ein Eingangsimpedanzamplitude-Spektrogramm und -Phasenspektrogramm eines simulierten 100 m langen Kabels zeigt, bei dem ein hochohmiger Fehler mit verschiedenen Graden bei einer Stelle von 40m besteht, und wobei die Testfrequenz 150kHz-50 MHz beträgt, und wobei sich der Fehlerpunkt im hochohmigen Zustand (Rf=11Z0, 22Z0) und das ablaufende Ende des Kabels im Zustand eines offenen Stromkreises befindet, und wobei die Simulationsergebnisse zeigen, dass Im Vergleich zum normalen Kabel das Vorhandensein eines hochohmigen Fehlers zu einer Dämpfung und Oszillation der Eingangsimpedanzamplitude und -phase führt, während die Resonanzregel sich nicht ändert, und wobei mit der Vertiefung des hochohmigen Fehlers sich die Dämpfung und Oszillation der

BL-5494 29 LU501960 Eingangsimpedanzamplitude und -phase allmählich abschwächen, und wobei der anfängliche Phasenwert abnimmt, aber er immer noch ein negativer Wert (0° - -90°) ist.

7. Methode zur Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers basierend auf der Eingangsimpedanzspektrum nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt zum Orten des Fehlers die Formel (13) mit der Eulerschen Formel erweitert und danach wie folgt vereinfacht wird: “= £ ! es (cos 28N-+ sin 26) | (17) wobei in Kombination mit den Formeln (10) und (17) das Realteil der Eingangsimpedanz erhalten wird: real( Z(0)) = cost 2.) (18) 3 und wobei real(Z(0)) als Funktion der Zeitvariable genommen wird, und wobei ihre Frequenz f genau 2l/v ist; und wobei bei hohen Frequenzen v nahe einer Konstante und f' ein Festwert ist; und wobei eine diskrete Fourier-Transformation für real(Z(0)) durchgeführt wird, und wobei nach der Spektralanalyse der Ort des Kabelfehlerpunktes und des ablaufenden Endes des Kabels bestimmt werden können, indem der Spitzenpunkt im entsprechenden Spektrogramm gefunden wird, um eine Ortung des Kabelfehlers zu realisieren.

8. Methode zur Typenidentifizierung und Ortung des Kabelfehlers basierend auf der Eingangsimpedanzspektrum nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsimpedanzspektrum des simulierten normalen Kabels/Kabels mit einem hochohmigen Fehler gemäß Figur 4 verarbeitet wird, um ein Ortungsspektrogramm eines 100 m langen Kabels zu erhalten, bei dem ein hochohmiger Fehler bei einer Stelle von 40 m besteht, wie in Figur 6 dargestellt, wobei es aus den Verarbeitungsergebnissen ersichtlich ist, dass durch die Verarbeitung des Eingangsimpedanzspektrums zwar das ablaufende Ende des Kabels bestimmt werden kann, aber die Ortungs- und Identifizierungswirkung für den hochohmigen Fehler nicht ideal ist, und wobel, wenn sich der hochohmige Fehler des Kabels verschlimmert, eine Ortung des hochohmigen Fehlers schwer zu realisieren ist, und wobei eine Kaiser-Fensterfunktion mit einstellbarer Nebenkeulendämpfung zum

BL-5494 30 LU501960

Verarbeiten des Ortungsspektrogramms gemäß Figur 6 ausgewählt wird, um die

Identifizierungsempfindlichkeit für die Kabelfehler in Kombination mit den tatsächlichen Test- und Analyseanforderungen vor Ort zu verbessern, und wobei das

Kaiser-Fenster aus Bessel-Funktionen nullter Ordnung besteht, die ein Satz einstellbarer Fensterfunktionen sind, und wobei das Verhältnis zwischen der Breite der Hauptkeule und der Höhe der Nebenkeule des Fensters frei ausgewählt werden kann,

und wobei der Zeitdomänenausdruck des Kaiser-Fensters wie folgt ist:

won A ; | Wr Le IAB) : = (19 und wobei in der Formel 7,(f) die erste Variante der Bessel-Funktion nullter Ordnung, B der Formparameter der Fensterfunktion und N die Länge der

Fensterfunktion ist;

und wobei die Zeit-Frequenz-Kennlinie von Kaiser-Fenstern mit unterschiedlichen

B -Werten bei gleicher Fensterlänge (N=64) simuliert wird, wie in Figur 7 dargestellt,

wobei bei gleicher Fensterlänge gilt: je größer der B -Wert, desto breiter ist die Hauptkeule, desto niedriger ist der Pegel der Nebenkeule, desto schneller ist die

Nebenkeulendampfung, während die Frequenzauflôsung entsprechend abnimmt;

und wobei, wenn der B -Wert höher ist, die Nebenkeule niedriger und die

Dämpfung schneller ist, und wobei das Spektrumleck zu diesem Zeitpunkt besser kontrolliert wird; wodurch die Kabelfehler an verschiedenen Stellen durch eine Einstellung des B -Werts geortet werden kônnen, um die

Identifizierungsempfindlichkeit für die Kabelfehler zu verbessern;

und wobei im tatsächlichen Feldtest der Standard-f -Wert basierend auf den

Testerfahrungen 6 beträgt, und wobei der B -Wert in Kombination mit der

Feldtestsituation entsprechend eingestellt werden kann; und wobei, wenn sich der Fehler an der Vorderseite des Kabels befindet oder der Fehler ein nicht hochohmiger

Fehler ist, ein kleinerer B -Wert verwendet wird, um die Auflösung des Fehlers zu erhöhen; und wobei, wenn sich der Fehler an der Rückseite des Kabels befindet oder der Fehler ein hochohmiger Fehler ist, ein größerer B -Wert erforderlich ist, um die

Auflôsung des Fehlers zu erhôhen.